摘? 要: 介紹了基于工作站的直流操作電源綜合監控系統，較為詳盡地介紹了監控系統的硬件組成和軟件設計。該監控系統具有檢測全面、控制功能強大、可靠性高、實用性強、擴充和升級方便等顯著優點。
關鍵詞: 工作站? 直流操作電源? 綜合監控系統? 硬件? 軟件
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直流操作電源是電力系統中繼電保護裝置、信號裝置、照明裝置等重要負載的不停電供電電源，其供電的可靠性關系重大。直流操作電源主要由蓄電池組、充電浮充電裝置以及饋電支路開關和熔斷器等組成。為保證直流操作電源供電的可靠性，必須對其進行全面的監視與控制調節。
????工控機工作站具有功能強大、擴展方便、環境適應性和抗干擾能力強等優點，非常適合于組成直流操作電源綜合監控系統。其缺點是價格較高，但對大容量、高可靠性的直流電源系統來說，是可以接受的。考慮到用戶的多元化需要，我們和新鄉直流電源成套廠合作，開發研制了該監控系統。
1 系統功能要求???
????根據現場需要，直流操作電源綜合監控系統應該具備以下功能:
????(1)電池管理功能，即選擇最佳的充電方式或充電規律，以提高蓄電池的實際蓄電容量和使用壽命;
????(2)交流電源中斷時的自動處理功能，即保證在交流電源停電期間蓄電池不過度放電，以及交流電源恢復供電后對蓄電池組補充充電;
????(3)對電池(分組)進行實時檢測，對電池電壓越限應能夠進行及時的故障報警;
????(4)監視充電機的工作情況，
一旦出現故障，應立即將故障組切除，并自動投入備用組且發出聲光及遠程報警信號，通知維修人員對故障進行及時處理;
(5)對母線和主要支路的熔斷器進行監視，若出現熔斷器熔斷現象，要及時發出聲光及遠程報警信號，以保證故障的及時排除和熔芯的及時更換;
??? (6)監視動力母線和控制母線的對地絕緣電阻，當其小于某一設定值時，應能發出聲光及遠程報警信號;
????(7)對檢測到的故障數據，如控母電壓過高、控母電壓過低、控母電壓紋波超限、交流失電、缺相等，要及時存儲;
????(8)要具有遠方通訊接口，以保證調度中心對操作電源工作狀態的了解及遠程控制，也就是說，要具有遙控、遙信、遙調、遙測功能。
2 系統的硬件構成
本文主要針對由兩套蓄電池組、兩段控制母線、兩段合閘母線、三臺相控整流充電機(其中兩臺主機分別為兩組電池充電浮充電，另一臺作為備用機)組成的直流電源系統的監控需要。因工控機監控系統易擴充和易修改，只要稍加改進，即可用于由高頻開關電源模塊組成的新型直流操作電源。根據此系統的需要，硬件主要由工控機工作站(AWS-825)、模擬量采集與調理板卡、模擬量輸入板卡(PCL-813B)、數字量輸入板卡(PCL-722)、模擬量輸出板卡(PCL-728)和數字量輸出板卡(PCL-735)等組成，如圖1所示。
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2.1 工作站配置
工作站采用臺灣研華公司生產的AWS-825型帶15英寸CRT及60鍵薄膜鍵盤的一體化工控機，其配置如下:
CPU:PENTIUM 5/200
硬盤:4.3G
內存:32M
軟驅:1.44M 3.5英寸軟盤驅動器一個
電源類型:PS-250，250W，平均無故障運行時間100000小時。
2.2 監控系統的供電電源
監控系統的工作電源為工作站內的開關電源。為保證在交流電源停電的情況下，直流操作電源監控系統也能正常工作，采用圖2所示的開關電源的供電線路。其中，T1為隔離變壓器，B1、B2為蓄電池組。平時由交流電源供電，當交流電源停電時，由1#蓄電池組或2#蓄電池組為監控系統供電。
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2.3 功能電路板及其在監控系統中的作用
(1)PCL-813B(模擬量輸入):32路單端隔離，12位分辨率，可編程輸入范圍設定，完成對系統中主要物理量(如兩臺充電機的輸出電壓、電流，兩段控制母線的電壓、電流，兩套電池組的充電電壓和充電電流，三相交流輸入電壓、電流，環境溫度等)的檢測、兩段直流母線對地絕緣電阻的檢測和對蓄電池組的分組巡回檢測等。
(2)PCL-728(模擬量輸出):2路12位分辨率光電隔離模擬量輸出卡，2塊，用于對兩臺充電機輸出電壓、輸出電流的調節。第三臺備用機采用本機自控工作方式，只在兩臺主充電機中有故障退出而需要備用機投入時，接受監控系統發出的開機命令投入運行，在故障機修復投入運行后便自動退出。
(3)PCL-722(數字量輸入):144路數字量輸入/輸出卡，模擬8255狀態0，用以實現對主要回路熔斷器的監視。
(4)PCL-735(數字量輸出):12路繼電器輸出，用于對各充電機交流電源開關及蓄電池總開關的控制，及電池巡回檢測的選組及直流母線絕緣電阻的選線控制。
(5)PCLD-782B(轉接線):24路光電隔離數字量輸入板3塊，須和PCL-722配合使用。
2.4 模擬量檢測電路
該電路包括以下幾部分:(1)三相交流電壓值和三相交流電流值的檢測部分，用交流互感器進行檢測;(2)1號、2號充電機輸出電壓、輸出電流值和各直流母線電壓、電流值的檢測部分，用霍爾模塊作檢測元件，同時實現信號變換和隔離功能;(3)電池(共分30組)巡回檢測電路，包括電池組的切換和電池組電壓的輸入兩部分。電池組切換時，須同時切換電池組的正負兩極，電池電壓的輸入部分應和工控機的工作電源實現電氣上的隔離，后者對于保證直流操作電源監控系統的正常工作非常重要;(4)直流母線對地電阻檢測電路，分別檢測直流正、負母線對地電阻，兩段母線共有兩套檢測電路。直流母線對地電阻的檢測，是直流操作電源監控系統中既重要又困難的一個問題，筆者設計出一種新的實用檢測電路，很好地解決了這個問題。檢測電路原理如圖3所示。圖中，Rd1和Rd2分別表示直流正負母線對地電阻。CB為來自工控機工作站的控制信號，給CB以高電平，VT1導通，繼電器K1帶電，常開觸點閉合，則由直流正母線+KM1、限流電阻R2、光耦O1、K1的常開觸點、地、直流負母線對地電阻Rd2到直流負母線-KM1，形成一電流通路。該電流經光耦隔離、轉換、阻容濾波后，輸入計算機，根據該電流的數值和直流母線電壓值及限流電阻值，可計算出Rd2的數值。給CB以低電平，VT1關斷，K1失電，常閉觸點閉合，則由直流正母線+KM1、直流正母線對地電阻Rd1到地、K1的常閉觸點、光耦O2、限流電阻R1、直流負母線-KM1，形成一電流通路。該電流經O2隔離、轉換、阻容濾波后，輸入計算機，同樣的方法，可以求出Rd1的數值。(5)數字量輸出電路。本系統采用繼電器輸出來控制一些主要電氣開關的閉合與斷開，由于繼電器觸點容量有限，必須考慮用中間繼電器等來加大觸點容量。
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3 軟件設計
監控系統采用VASUAL BASIC 6.0進行編程，分三部分:其一是現場工作站的檢測與控制程序，其二是上位機(中調計算機)的四遙(遙控、遙測、遙信、遙調)接口界面程序，其三是工作站和上位機之間的串行通訊程序。
3.1 現場工作站的檢測與控制程序
該部分程序分主窗口菜單程序、正常屏顯和自動程序等三部分。
3.1.1 主窗口菜單程序
主窗口菜單程序由口令保護、調節與控制、物理量檢測、電池巡檢、故障檢測與診斷等構成。口令保護用于限制非授權人員的操作;調節與控制菜單設有開關機控制、充電方式切換、主要參量調節、核對性放電等四個子菜單，分別實現人為的開關機操作和充電方式切換及對主要給定量的在線調節等功能。為易于進行人機對話，充電方式切換、主要參量調節和核對性放電等三個子菜單分別啟動實現對應功能的三個子窗口。主要參量調節設置了每個參數的上下限，以保證系統主要參量的調節在允許的范圍內進行。核對性放電監視電池電壓，當電池電壓下降到其下限值時或電池電壓不到下限值但放出的電池容量已達到電池的額定容量時，停止核對性放電。在放電子窗口中，顯示放電過程中電池電壓和放電電流的實際值及上次放電終了時的電池電壓以及上次實際放出的電池容量，供電池維護人員參考。物理量檢測給用戶提供了了解系統中任意物理量的實際數值的用戶界面。為保證主要物理量的檢測精度，對每一個主要檢測支路和A/D輸入都采用10段3點二次插值法進行數值處理。電池巡檢給用戶提供了自動巡檢、手動抽檢、查看故障電池等三個檢測方式，并顯示出當前電池的編號和電壓值及所有故障電池的編號。故障監視及診斷設有交流失電、缺相，控制母線過壓、欠壓、紋波越限，充電機過流，直流母線對地絕緣電阻越限和主要回路熔斷器熔斷等故障監視和聲光及語音報警功能。
3.1.2 正常屏顯
正常屏顯主要顯示兩段控制母線的電壓、電流值和三臺充電機的工作狀態等信息。
3.1.3 自動程序
自動程序用主窗口定時器控件來實現。主要完成以下任務:
??? (1)采集系統主要參量，并判斷其數值是否越限;
??? (2)控制兩臺充電機的充電過程，保證蓄電池組處于最佳的充電狀態;
??? (3)分析并執行來自上位機的遙控、遙調命令;
??? (4)刷新顯示;
??? (5)監視主要熔斷器狀態;
??? (6)蓄電池巡回檢測;
??? (7)向上位機發送運行信息。
??? 軟件設計中的輸入輸出操作，通過調用研華公司提供的動態鏈接庫(DDL)來實現。自動程序框圖如圖4所示。
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3.2 上位機程序
上位機程序的目的是為操作管理人員提供一個了解操作電源運行信息和對操作電源進行遙控、遙調的遠程交互接口。程序主要由界面程序和通信程序兩部分組成，界面設計完全仿照工控機工作站的程序界面，通信程序在下面介紹。
3.3 串行通信程序
串行通信程序的任務是實現直流操作電源的四遙功能，采用一對一的對等通信方式，通過MScomm控件實現。該系統采用發送和接收定長數據段的通信方法。對操作電源的運行信息，進行定時發送;對來自上位機的遙控、遙調命令，采用中斷接收、定時處理的編程方法。上位機中的通信程序采用中斷接收、定時處理、隨時發送遙控及遙調命令的編程方式。為可靠起見，對每一個數據信息包都連續發送三次。接收程序則要取連續接收的三個數據進行比較，只有當這三個數據中有兩個以上相同時，才認為是有效數據。
現場試運行表明，基于工作站的操作電源綜合監控系統具有抗干擾能力強、可靠性高、易于擴充和改進、開發周期短、易于設計出友好的人機界面、易于采用虛擬儀器技術等新的設計思路來提高系統性能等顯著優點。
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參考文獻
1 費萬民，張艷莉.直流操作電源中主要物理量的檢測.電工技術，2000(9)
2 葉 青，方 銳.VISUAL BASIC 6.0中文版程序設計.北京:機械工業出版社，1999
3 李 楠，VISUAL BASIC 5.0編程實例與技巧.北京:人民郵電出版社，1998